CN102709403B - 适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其特点是通过回蚀某种选择性发射极方法形成的存在高/低掺杂浓度差异的硅片，同时去除高/低掺杂浓度区域表面掺杂层，回蚀目标方阻高掺杂浓度区30-60OPS，低掺杂浓度区80-120OPS。有此，回蚀高掺杂浓度区可有效去除表面死层，从而在不影响金半接触的前提下提高了非金属覆盖区域表面钝化质量，降低表面和发射层复合，提高短波光子响应，进而提升电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种回蚀方法，尤其涉及一种适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法。
背景技术
太阳电池的发展方向是低成本、高效率，选择性发射极太阳电池是一种实现大规模生产的高效率新型结构电池。
选择性扩散太阳电池主要特点是金属化区域高掺杂浓度，光照区域低掺杂浓度，目的是在不降低金半接触质量的前提下提高表面钝化质量，减小表面复合和发射层复合，提高蓝光波段的光子响应，提高电池性能。选择性扩散太阳电池具有良好的金半欧姆接触；金属化区域浓扩散区结深大，烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级，反向漏电小，并联电阻高；金属化高复合区域和光照区域分离，载流子复合低；光照区域掺杂浓度低，短波响应好，短路电流密度高；横向高低结前场作用明显，有利于光生载流子收集等优点。据此，选择性发射极太阳电池要求金属栅线间的低掺杂浓度区表面浓度低，以获得更好的表面钝化效果；金属栅线下的高掺杂浓度区满足金半接触要求。
实现高效率选择性发射极太阳电池方法有多种，如扩散掩膜法，激光掺杂法，磷浆扩散法，硅墨扩散法，离子注入法，掩膜回蚀法等。
选择性发射极结构需要丝网印刷技术进行精确套印，但由于现有丝网印刷设备、丝网印刷网板、套印方式等技术限制，通常有占整个硅片面积5-20％的高掺杂浓度区域不能被金属栅线完全覆盖而成为受光照区域，高掺杂浓度区不可避免的形成表面死层，从而会影响太阳电池表面钝化质量、表面和发射层复合，降低蓝光波段的光子响应，降低电池性能。
回蚀技术可有效去除扩散表面死层，提高钝化质量。但掩膜回蚀选择性发射极方法同样面临未套印高掺杂浓度区对电性能的负面影响，另外需要额外的掩膜工艺保护高掺杂浓度区，从而增加了设备和耗材的成本。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其包括以下步骤：步骤①，采用硅片放入加工溶液中，加热到对应温度，控制反应时间确保单面去除机械损伤层厚度为6-10μm；步骤②，将硅片放入氧化炉中，采用水蒸汽氧化法在硅片表面形成20-30nm厚SiO2层；步骤③，采用丝网印刷的方法在上述经过氧化的硅片上根据金属栅线图形，进行丝网印刷腐蚀性浆料，腐蚀图形后将浆料清洗干净；步骤④，将经过上述处理过的硅片放入扩散炉中进行扩散，扩散后腐蚀图形区域方阻30-60Ω/sqr，其他区域70-80Ω/sqr；步骤⑤，将经过扩散的硅片去除表面氧化层及磷硅玻璃，并腐蚀去除背结；步骤⑥，将上述处理过的硅片回蚀溶液中进行回蚀，回蚀后方阻腐蚀图形区域45-50Ω/sqr，其他区域100-120Ω/sqr；步骤⑦，利用PECVD设备在发射结表面制作氮化硅膜，氮化硅膜的膜厚控制范围70-80nm，折射率控制范围2.0-2.1；步骤⑧，利用丝网印刷设备制备正、背面电极以及背面电场，利用烧结炉进行电极、电场共烧处理。
上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：所述的硅片为p型单晶硅片，晶粒面积约占整个硅片的90％。
进一步地，上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：所述的去除机械损伤层时温度为5-10℃。
更进一步地，上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：所述的加工溶液为NaOH溶液，NaOH重量百分比为30％，溶液中加入H2O2，H2O2体积百分比10％；或是，所述的加工溶液为HF、HNO3的混合溶液，混合溶液体积百分含量为60％，HF和HNO3的体积比为1∶3.5。
更进一步地，上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：所述的去除表面氧化层及磷硅玻璃的过程为，将经过扩散的硅片放入氢氟酸溶液中，去除表面氧化层及磷硅玻璃；或是，利用532nm激光器根据金属栅线图形局部熔融磷硅玻璃。
更进一步地，上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：所述的对应温度为50-80℃。
更进一步地，上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：步骤③进行丝网印刷的丝网宽度为300-400um。
再进一步地，上述的适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其中：所述的回蚀溶液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，氢氟酸和硝酸比例为1∶5。
本发明技术方案的优点主要体现在：回蚀高掺杂浓度区可有效去除表面死层，从而在不影响金半接触的前提下提高了非金属覆盖区域表面钝化质量，降低表面和发射层复合，提高短波光子响应，进而提升电池性能。同时，采用无掩膜回蚀方法，进一步降低低掺杂浓度区域表面浓度，结合优良钝化工艺可进一步降低表面复合和发射层复合，从而提高电池性能。并且，回蚀深度只有几十个纳米，对表面形貌影响小，正表面反射率等光学特性保持不变。回蚀溶液适合单晶、多晶、准单晶等各种硅片。而且，回蚀技术与掩膜回蚀选择性发射极技术相比较，不需要应用保护掩膜，从而节省耗材、设备等投入。再者，各种选择性发射极所需设备做简单升级，即可实现无掩膜回蚀技术，不需增加额外设备，工艺简单，生产效率高，适于工业化大规模生产。
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
具体实施方式
适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其特别之处在于包括以下步骤：首先，采用硅片放入加工溶液中，加热到对应温度，控制反应时间确保单面去除机械损伤层厚度为6-10μm。在此期间，对应温度为50-80℃，并且以70℃为佳。
之后，将硅片放入氧化炉中，采用水蒸汽氧化法在硅片表面形成20-30nm厚SiO2层。接着，采用丝网印刷的方法在上述经过氧化的硅片上根据金属栅线图形，进行丝网印刷腐蚀性浆料，腐蚀图形后将浆料清洗干净。具体来说，进行丝网印刷的丝网宽度为300-400um。
之后，将经过上述处理过的硅片放入扩散炉中进行扩散，扩散后腐蚀图形区域方阻30-60Ω/sqr，其他区域70-80Ω/sqr。然后，将经过扩散的硅片去除表面氧化层及磷硅玻璃，并腐蚀去除背结。具体来说，这个过程为，将经过扩散的硅片放入氢氟酸溶液中，去除表面氧化层及磷硅玻璃。当然，也可以利用532nm激光器根据金属栅线图形局部熔融磷硅玻璃。
随后，将上述处理过的硅片回蚀溶液中进行回蚀，回蚀后方阻腐蚀图形区域45-50Ω/sqr，其他区域100-120Ω/sqr。当然，为了提高回蚀效果，回蚀溶液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，氢氟酸和硝酸比例为1∶5。
紧接着，利用PECVD设备在发射结表面制作氮化硅膜，氮化硅膜的膜厚控制范围70-80nm，折射率控制范围2.0-2.1。最后，利用丝网印刷设备制备正、背面电极以及背面电场，利用烧结炉进行电极、电场共烧处理。
进一步来看，为了便于制造，本发明采用的硅片为p型单晶硅片，晶粒面积约占整个硅片的90％。同时，为了有效去除机械损伤层，在进行此作业时的温度为5-10℃。当然，通过多次对比试验发现，以7℃为佳。
再进一步来看，考虑到硅片加工的便利，采用的加工溶液为NaOH溶液，NaOH重量百分比为30％，溶液中加入H2O2，H2O2体积百分比10％。或是，加工溶液为HF、HNO3的混合溶液，混合溶液体积百分含量为60％，HF和HNO3的体积比为1∶3.5。
结合本发明的实际使用情况来看：
〖实施例一〗
采用的硅片为156×156mm2的p型单晶硅片。
将硅片放入NaOH溶液中，NaOH重量百分比为30％，溶液中加入H2O2，H2O2体积百分比10％，加热到70℃，控制反应时间确保单面去损厚度为8-10μm。
将硅片放入氧化炉中，采用水蒸汽氧化法在硅片表面形成20-30nm厚SiO2层。
采用丝网印刷的方法在氧化硅片上根据金属栅线图形丝网印刷腐蚀性浆料，宽度为300-400um，腐蚀图形后将浆料清洗干净。
将经过上述处理过的硅片放入扩散炉中进行扩散，扩散后腐蚀图形区域方阻30-40Ω/sqr，其他区域70-80Ω/sqr。
将经过扩散的硅片放入氢氟酸溶液中去除表面氧化层及磷硅玻璃，并腐蚀去除背结。
将上述处理过的硅片放入氢氟酸和硝酸混合溶液中进行回蚀，氢氟酸和硝酸比例为1∶5，回蚀后方阻腐蚀图形区域45-50Ω/sqr，其他区域100-120Ω/sqr。利PECVD设备在发射结表面制作氮化硅膜∶膜厚控制范围70-80nm，折射率控制范围2.0-2.1。利用丝网印刷设备制备正、背面电极以及背面电场，利用烧结炉进行电极、电场共烧处理。
〖实施例二〗
采用的硅片为156×156mm2的p型多晶硅片，去除损伤层。
选择HF、HNO3的混合溶液，混合溶液体积百分含量为60％，HF和HNO3的体积比为1∶3.5，去除机械损伤层时温度为7℃，控制反应时间确保单面去损厚度为6-7μm。
将经过上述处理过的硅片放入扩散炉中进行扩散，扩散后方阻50-60Ω/sqr。将经过扩散的硅片利用532nm激光器根据金属栅线图形局部熔融磷硅玻璃，形成金属栅线部分方阻30-40Ω/sqr，栅线宽度300-400um。将上述处理硅片放入氢氟酸溶液中去除表面磷硅玻璃，并腐蚀去除背结。
之后，将上述处理过的硅片放入氢氟酸和硝酸混合溶液中进行回蚀，氢氟酸和硝酸比例为1∶5，回蚀后激光熔融区域方阻45-50Ω/sqr，其他区域100-120Ω/sqr。
利用PECVD设备在发射结表面制作氮化硅膜：膜厚控制范围70-80nm，折射率控制范围2.0-2.1。
利用丝网印刷设备制备正、背面电极以及背面电场，利用烧结炉进行电极、电场共烧处理。
〖实施例三〗
采用156×156mm2的p型准单晶硅片，(100)晶粒面积约占整个硅片的90％。
将硅片放入NaOH溶液中，NaOH重量百分比为30％，溶液中加入H2O2，H2O2体积百分比10％，加热到70℃，控制反应时间确保单面去损厚度为8-10μm。
在硅片表面根据金属栅线图形丝网印刷磷浆或硅墨，线宽为200-300um，在扩散炉中进行扩散，扩散后金属栅线区域方阻30-40Ω/sqr，其他区域方阻70-80Ω/sqr。
将上述处理过的硅片放入氢氟酸和硝酸混合溶液中进行回蚀，氢氟酸和硝酸比例为1∶5，回蚀后激光熔融区域方阻45-50Ω/sqr，其他区域100-120Ω/sqr。
利用PECVD设备在发射结表面制作氮化硅膜：膜厚控制范围70-80nm，折射率控制范围2.0-2.1。利用丝网印刷设备制备正、背面电极以及背面电场，利用烧结炉进行电极、电场共烧处理。
通过上述的文字表述可以看出，采用本发明后，回蚀高掺杂浓度区可有效去除表面死层，从而在不影响金半接触的前提下提高了非金属覆盖区域表面钝化质量，降低表面和发射层复合，提高短波光子响应，进而提升电池性能。同时，采用无掩膜回蚀方法，进一步降低低掺杂浓度区域表面浓度，结合优良钝化工艺可进一步降低表面复合和发射层复合，从而提高电池性能。并且，回蚀深度只有几十个纳米，对表面形貌影响小，正表面反射率等光学特性保持不变。回蚀溶液适合单晶、多晶、准单晶等各种硅片。而且，回蚀技术与掩膜回蚀选择性发射极技术相比较，不需要应用保护掩膜，从而节省耗材、设备等投入。再者，各种选择性发射极所需设备做简单升级，即可实现无掩膜回蚀技术，不需增加额外设备，工艺简单，生产效率高，适于工业化大规模生产。
Claims (1)
1.适用于选择性发射极太阳电池的无掩膜回蚀方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤①，采用硅片放入加工溶液中，加热到对应温度，控制反应时间确保单面去除机械损伤层厚度为6-10μm；
步骤②，将硅片放入氧化炉中，采用水蒸汽氧化法在硅片表面形成20-30nm厚SiO2层；
步骤③，采用丝网印刷的方法在经过氧化的硅片上根据金属栅线图形，进行丝网印刷腐蚀性浆料，腐蚀图形后将浆料清洗干净，所述丝网印刷的丝网宽度为300-400um；
步骤④，将经过处理过的硅片放入扩散炉中进行扩散，扩散后腐蚀图形区域方阻30-60Ω/sqr，其他区域70-80Ω/sqr；
步骤⑤，将经过扩散的硅片去除表面氧化层及磷硅玻璃，并腐蚀去除背结；
步骤⑥，将上述处理过的硅片回蚀溶液中进行回蚀，回蚀后方阻腐蚀图形区域45-50Ω/sqr，其他区域100-120Ω/sqr；
步骤⑦，利用PECVD设备在发射结表面制作氮化硅膜，氮化硅膜的膜厚控制范围70-80nm，折射率控制范围2.0-2.1；
步骤⑧，利用丝网印刷设备制备正、背面电极以及背面电场，利用烧结炉进行电极、电场共烧处理；
所述的硅片为p型单晶硅片，晶粒面积占整个硅片的90％；所述的去除机械损伤层时温度为5-10℃；所述的加工溶液为NaOH溶液，NaOH重量百分比为30％，溶液中加入H2O2，H2O2体积百分比10％；或是，所述的加工溶液为Hf、HNO3的混合溶液，混合溶液体积百分含量为60％，HF和HNO3的体积比为1∶3.5；所述的去除表面氧化层及磷硅玻璃的过程为，将经过扩散的硅片放入氢氟酸溶液中，去除表面氧化层及磷硅玻璃；或是，利用532nm激光器根据金属栅线图形局部熔融磷硅玻璃；所述的回蚀溶液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，氢氟酸和硝酸比例为1∶5。
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